红外热像仪智能数字监控系统的研究

摘要：随着科技的进步，社会的发展，电力设备自动化控制和现场无人值守已成为必然趋势。因此，对无人现场进行全面、完美的实时数据化监控显得尤为重要。文章利用红外热像仪结合可见光设备搭建整个红外智能数字监控系统及如何实现进行探讨。

关键词：红外热像仪；数字监控；智能数字视频监控

中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0024-03

红外热像诊断技术的应用，解决了电网中的大量户外及裸露设备热性故障问题，经济效益和社会效益显著。由于该技术是对设备表面辐射的红外光进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰，因此具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广等特点，已成为电力设备健康状态监测和故障诊断的重要手段。

本文运用红外热成像技术结合电网监控自动化需求，就搭建红外智能数字监控系统进行系统的设计、搭建及实现进行探讨。

1 红外热成像及原理概述

红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。红外热成像技术使人类超越了视觉障碍，由此人们可以看到物体表面的温度分布状况。

物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度与波长分布特性也随之改变，波长介于0.75～1μm间的电磁波称为“红外线”，而人类视觉可见的“可见光”介于0.4～0.75μm。红外线在地表传送时，会受到大气组成物质（特别是H2O、CO2、CH4、N2O、O3等）的吸收，强度明显下降，仅在短波3μ～5μm及长波8～12μm的两个波段有较好的穿透率（Transmission），通称大气窗口（Atmospheric window），大部分的红外热像仪就是针对这两个波段进行检测，计算并显示物体的表面温度分布。此外，由于红外线对极大部分的固体及液体物质的穿透能力极差，因此红外热成像检测是以测量物体表面的红外线辐射能量为主。

2 智能电网监控系统概述

智能电网，就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的这些调整，选择最小成本的能源输送系统，提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。

2 基于红外热像仪智能数字监控系统的设计

2.1 系统功能分析

系统主要特点如下：

（1）电力设备运行状态可视化：通过采集设备状态信息，并结合红外线成像技术等实现“遥视”，监控变电站主要设备，形成对变电站各种电力设备的数据和图像一体化的在线监测，还可有效地防止窃电。

（2）故障预警智能化：根据“遥视、遥信、遥测”获得的信号以及各种通信手段获得的信息，结合先进的数据挖掘、人工智能等技术进行事故预警，出现故障时能够准确、快速地进行故障诊断和定位。

（3）自愈恢复、负荷转移与故障排除：通过对电力设备的局部放电、局部过热等事故迹象的图像识别和趋势预测，可将潜在故障点隔离或迅速转移负荷，避免或延缓事故发生，在少用或不用人为干预的情况下使电力系统坚持正常供电或迅速恢复供电，保证供电的连续性和可靠性。

系统功能模块：（1）变电站监控数据（红外能量，可见光视频）的采集模块；（2）能量、视频数据实时传输模块；（3）能量数据解析分析模块；（4）智能监测及分析模块；（5）告警处理模块；（6）历史数据查询模块。

3.2 系统框架设计

（1）系统架构图。

（2）架构图说明。

IRServer：前端红外监控热像仪，负责采集数据，压缩数据，传输数据。

IRService：服务器：负责接收数据，数据转换为温度及图像，图像显示，图像质量处理。

IRStation：工作站：负责智能监测任务的制定，运行，告警及报告的生成，历史数据的检索。

（3）系统原理。摄像头（IRServer）采集到红外能量数据、视频数据、语音数据，通过internet网传送到服务器（IRService），在服务器对能量数据，语音数据进行接收、计算，解析出图像，再通过internet传输到工作站（IRStation），通过工作站制定的任务，自动完成智能监测，告警等工作。

（4）系统组成。红外热像仪，高清摄像机、Internet传输设备、变电站管理中心计算机，海量数据存储设备。

3.3 系统的实现

目前国内市场上对电力设备的检测，还停留在第二代视频信号数据传输上；在变电站采集到视频信号后，通过网络传输视频数据，然后在工作站显示。

该系统由监控摄像头（IRServer）采集到红外能量数据，视频数据，在监控器端（IRServer）用先进的数据（红外能量值）压缩和传送技术通过Internet传送出去，监控计算机端（IRService）接收到数据后，通过充分地利用监控计算机的数据和图像处理能力，对数据进行解析，实时分析出每帧完整的数据，计算出每帧每个像素点的温度，再通过图像处理技术，把能量转换为清晰的视频，在工作站显示出来。工作站（IRStation）通过专业人员，对变电站所有需要监测的区域，需监测的设备进行预设监测任务，报警阀值，告警处理方式后，工作站计算机会定时按照预设任务进行巡检。

根据电气设备故障或缺陷检测需求和《带电设备红外诊断应用规范》，该系统将报警分为一般、严重、危急3个等级，根据报警的情况生成相应的报警报告。系统提供绝对温度报警、相对温差报警、趋势温度报警3种报警的方式。当检测到设备缺陷告警时，系统根据《带电设备红外诊断应用规范》判断缺陷等级，自动生成报警报、记录缺陷图像和数据、发送报警短信或邮件。专业人员还可以通过该系统分析历史检测数据，分析预测未来可能会出现问题的设备。

该系统采用标准化红外监测器的数据处理和通讯基本功能，简化安装布线（“一线通”），通过一根网线，对电力设备进行五遥操作，为减少软件维护和升级成本（只须对监控计算机软件）、提升图像处理和分析能力、确保测温精度和可靠性、准确把握设备运营状态（挖掘可二次分析的历史监测数据）等提供了有效的技术保障。

4 结语

本文就新一代电网智能数字管理系统从系统功能的分析，到系统框架搭建及各功能模块的设计和实现进行了探讨研究。

由于供配电产业的发展及可靠性对国民经济的发展起着举足轻重的作用，全国各地重点工程项目、标志性建筑、大型公共设施等用户的急剧增加，对供配电系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。

本系统通过对设备状态的实时监控，可使电力部门有针对性地、合理地进行电网投资和改造；通过对状态趋势的预测和故障预警，及时采取控制措施将故障消灭在萌芽状态；而通过智能的故障诊断和定位技术，则可在故障发生时将故障隔离或将用户迅速地切换到可靠的电源上，在少用或不用人为干预的情况下使系统迅速恢复供电。

参考文献

[1] 李宝安，李行善.自动测试系统（ATS）软件的发展及关键技术[J].测控技术，2003，（1）.

[2] 林梅金，罗飞，李如雄.GPRS网络的远程监测系统[J].计算机工程，2006，（3）.

[3] 张乃.SAR图像数据压缩研究[D].电子科技大学，2002.

[4] 顾洪军，张佐，吴秋峰.网络控制系统的实时特性分析及数据传输技术[J].计算机工程与应用，2001，（6）.

[5] 姜维.浅析数字图像处理技术及其应用[J].信息与电脑（理论版），2012，（3）.

[6] 郑纪业.基于H.264的校园视频监控系统的设计与实现[D].山东科技大学，2010.

作者简介：吴玉鹏（1982—），男，湖北孝感人，广州飒特红外系统软件有限公司软件工程师，研究方向：红外在线监控及智能自动化监控在电力行业及其他行业中的应用。

根据电气设备故障或缺陷检测需求和《带电设备红外诊断应用规范》，该系统将报警分为一般、严重、危急3个等级，根据报警的情况生成相应的报警报告。系统提供绝对温度报警、相对温差报警、趋势温度报警3种报警的方式。当检测到设备缺陷告警时，系统根据《带电设备红外诊断应用规范》判断缺陷等级，自动生成报警报、记录缺陷图像和数据、发送报警短信或邮件。专业人员还可以通过该系统分析历史检测数据，分析预测未来可能会出现问题的设备。

该系统采用标准化红外监测器的数据处理和通讯基本功能，简化安装布线（“一线通”），通过一根网线，对电力设备进行五遥操作，为减少软件维护和升级成本（只须对监控计算机软件）、提升图像处理和分析能力、确保测温精度和可靠性、准确把握设备运营状态（挖掘可二次分析的历史监测数据）等提供了有效的技术保障。

4 结语

本文就新一代电网智能数字管理系统从系统功能的分析，到系统框架搭建及各功能模块的设计和实现进行了探讨研究。

由于供配电产业的发展及可靠性对国民经济的发展起着举足轻重的作用，全国各地重点工程项目、标志性建筑、大型公共设施等用户的急剧增加，对供配电系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。

本系统通过对设备状态的实时监控，可使电力部门有针对性地、合理地进行电网投资和改造；通过对状态趋势的预测和故障预警，及时采取控制措施将故障消灭在萌芽状态；而通过智能的故障诊断和定位技术，则可在故障发生时将故障隔离或将用户迅速地切换到可靠的电源上，在少用或不用人为干预的情况下使系统迅速恢复供电。

参考文献

[1] 李宝安，李行善.自动测试系统（ATS）软件的发展及关键技术[J].测控技术，2003，（1）.

[2] 林梅金，罗飞，李如雄.GPRS网络的远程监测系统[J].计算机工程，2006，（3）.

[3] 张乃.SAR图像数据压缩研究[D].电子科技大学，2002.

[4] 顾洪军，张佐，吴秋峰.网络控制系统的实时特性分析及数据传输技术[J].计算机工程与应用，2001，（6）.

[5] 姜维.浅析数字图像处理技术及其应用[J].信息与电脑（理论版），2012，（3）.

[6] 郑纪业.基于H.264的校园视频监控系统的设计与实现[D].山东科技大学，2010.

作者简介：吴玉鹏（1982—），男，湖北孝感人，广州飒特红外系统软件有限公司软件工程师，研究方向：红外在线监控及智能自动化监控在电力行业及其他行业中的应用。

根据电气设备故障或缺陷检测需求和《带电设备红外诊断应用规范》，该系统将报警分为一般、严重、危急3个等级，根据报警的情况生成相应的报警报告。系统提供绝对温度报警、相对温差报警、趋势温度报警3种报警的方式。当检测到设备缺陷告警时，系统根据《带电设备红外诊断应用规范》判断缺陷等级，自动生成报警报、记录缺陷图像和数据、发送报警短信或邮件。专业人员还可以通过该系统分析历史检测数据，分析预测未来可能会出现问题的设备。

该系统采用标准化红外监测器的数据处理和通讯基本功能，简化安装布线（“一线通”），通过一根网线，对电力设备进行五遥操作，为减少软件维护和升级成本（只须对监控计算机软件）、提升图像处理和分析能力、确保测温精度和可靠性、准确把握设备运营状态（挖掘可二次分析的历史监测数据）等提供了有效的技术保障。

4 结语

本文就新一代电网智能数字管理系统从系统功能的分析，到系统框架搭建及各功能模块的设计和实现进行了探讨研究。

由于供配电产业的发展及可靠性对国民经济的发展起着举足轻重的作用，全国各地重点工程项目、标志性建筑、大型公共设施等用户的急剧增加，对供配电系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。

本系统通过对设备状态的实时监控，可使电力部门有针对性地、合理地进行电网投资和改造；通过对状态趋势的预测和故障预警，及时采取控制措施将故障消灭在萌芽状态；而通过智能的故障诊断和定位技术，则可在故障发生时将故障隔离或将用户迅速地切换到可靠的电源上，在少用或不用人为干预的情况下使系统迅速恢复供电。

参考文献

[1] 李宝安，李行善.自动测试系统（ATS）软件的发展及关键技术[J].测控技术，2003，（1）.

[2] 林梅金，罗飞，李如雄.GPRS网络的远程监测系统[J].计算机工程，2006，（3）.

[3] 张乃.SAR图像数据压缩研究[D].电子科技大学，2002.

[4] 顾洪军，张佐，吴秋峰.网络控制系统的实时特性分析及数据传输技术[J].计算机工程与应用，2001，（6）.

[5] 姜维.浅析数字图像处理技术及其应用[J].信息与电脑（理论版），2012，（3）.

[6] 郑纪业.基于H.264的校园视频监控系统的设计与实现[D].山东科技大学，2010.

作者简介：吴玉鹏（1982—），男，湖北孝感人，广州飒特红外系统软件有限公司软件工程师，研究方向：红外在线监控及智能自动化监控在电力行业及其他行业中的应用。